2015年, 第41卷, 第4期 刊出日期：2015-04-15
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计算机工程. 2015, 41(4): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.001
网络数据融合与聚类是减少无线传感器网络能量消耗的有效技术,但聚类在数据聚集过程中会产生额外的时间延迟。为此,提出一种基于网络数据融合的延迟感知网络结构,该结构组建传感器节点形成不同大小的簇,每个簇可以与融合中心节点进行交错通信。仿真结果表明,与低功耗自适应集簇分层型协议、延迟感知数据收集网络结构相比,该网络结构可以减少在数据融合过程中的延迟,并能保持较低的能量消耗。
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计算机工程. 2015, 41(4): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.002
基于无线传感器网络的目标定位与跟踪技术是目前研究的热点,传统的目标跟踪算法均需要明确的目标定位系统观测模型,如无法获得该模型,则算法失效。为此,利用移动机器人客户端,提出一种分布式移动多目标定位和跟踪算法。该算法将所有机器人分为负责目标跟踪的领袖机器人与负责网络阵型和连接性维护的从属机器人,对收敛误差和系统参数间的关系进行分析,并通过仿真实验验证了该算法的有效性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 14-18,25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.003
在现有的有向传感器网络中,节点模型多以质心点围绕扇形顶点进行旋转,由于此类模型中节点旋转面积是一个整圆,因此会增加网络能源消耗和部署时间。针对复杂区域的无线传感器网络覆盖优化问题,使用以扇形节点围绕质心点转动的节点模型,提出一种基于虚拟势场的复杂区域覆盖优化算法(COACA),通过减小节点的旋转面积实现部署优化。针对影响算法覆盖率的相关参数进行仿真实验,并与PFPCE 算法进行对比,实验结果验证了COACA 算法在覆盖率和时间效率上的优越性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 19-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.004
针对监控区域中存在障碍物的情况,引入一种避障策略,提出基于虚拟势场的传感器网络覆盖优化算法。该算法基于有向感知模型,通过重叠覆盖区域、有效覆盖区域和障碍物遮挡区域之间虚拟力的相互作用,调整节点的传感方向,逐步消除网络中的重叠覆盖区域和障碍物遮挡区域,并根据分布在边界区域的边界节点进行改进,通过在边界线上增加一个虚拟邻居节点,实现有向传感器网络的覆盖性能增强,并分析传感器参数对覆盖率的影响。仿真结果表明,在有障碍物的情况下,该算法可有效提高网络覆盖率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 26-29,35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.005
针对传统基于垂直平分线的区域定位算法定位精度低、迭代次数多等缺点,提出一种改进的垂直平分线算法IMBLA。根据未知节点接收到的两锚节点接收信号强度指示(RSSI)值的比值,移动两锚点的垂直平分线,再确定待定位节点与垂直平分线的位置关系。该算法应用基于参考锚节点的高斯校正模型进行RSSI 测距,包括有障碍物时的模型,不但适合各种环境,还能有效防止恶意攻击。仿真结果表明,与MBLA 和IPAIT 算法相比,IMBLA算法的定位精度和网络覆盖率较高。
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计算机工程. 2015, 41(4): 30-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.006随着互联网的发展,微博已成为人们获取信息的主要平台,为从海量微博中挖掘出有价值的主题信息,结合微博中的会话、转发和话题标签,将微博划分为用户兴趣、用户互动和话题微博3 类,提出基于作者主题模型(ATM)的话题标签主题模型HC-ATM,使用Gibbs 抽样法对模型进行推导,获取微博主题结构。在Twitter 数据集上的实验结果表明,与ATM 模型和基于潜在狄利克雷分布的微博生成模型相比,HC-ATM 模型的主题困惑度更 小、差异度更大,并且能有效挖掘出不同微博类型的主题分布。
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计算机工程. 2015, 41(4): 36-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.007社交网络数据信息量大、主题性强,具有巨大的数据挖掘价值,是互联网大数据的重要组成部分。针对传统搜索引擎无法利用关键字检索技术直接索引社交网络平台信息的现状,基于众包模式,采用C / S 架构,设计社交网络数据采集模型,包含服务端、客户端、存储系统与主题Deep Web 爬虫系统4 个模块。通过主题Deep Web 爬虫的分布式机器节点自动向服务器请求爬虫任务并上传爬取数据,利用Hadoop 分布式文件系统对爬取数据进行快速处理并存储结果数据。实验结果表明,主题Deep Web 爬虫系统配置简单,支持功能扩展和目标信息直接获取,数据采集模型具有较快的数据获取速度及较高的信息检索效率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.008大数据极速发展使超大型大数据分析平台不断涌现,导致能源成本急剧上升。为保证服务器的热可靠性,提出一种以数据处理为中心的能源冷却成本技术。该技术考虑了服务器不均衡热力特性、热力稳定性负载阈值差异以及集群大数据语义差异等,对文件进行主动式热感知布局,从而在不影响性能的前提下降低冷却能源成本,保证大数据分析集群的热可靠性。基于Yahoo 公司一个月的真实大数据分析对该技术进行评估,实验结果表明,该技术可使冷却成本下降42% ,总体性能是当前无关冷却技术的9 倍。
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计算机工程. 2015, 41(4): 48-54,59. https://doi.org/201504009近年来微博中出现一些炒作账户采用违规手段开展网络公关活动,严重扰乱了正常的互联网秩序,然而传统炒作账户识别方法主要依靠人工分析,其效率低下且不适用于对海量账户进行识别。针对上述问题,提出一种改进的微博炒作账户识别方法,从账户状态、历史微博以及账户邻居3 个方面对炒作账户的特征进行分析,构建炒作账户特征集,并利用数据挖掘中的朴素贝叶斯、支持向量机及K 最近邻分类等算法对正常账户和炒作账户进行自动分类。实验结果表明,该方法能有效识别微博中的炒作账户,准确率高达95% 。
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计算机工程. 2015, 41(4): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.010
基于闪存的固态硬盘(SSD)可以有效提升联机事务处理(OLTP)数据库的性能,但由于目前SSD 价格仍然较高,一般多与磁盘组成混合存储。为此,提出数据分布的自适应优化算法以及具体的优化策略。该算法能够自动适应应用的特征,通过观测判断各个数据元素的性能提升效率,从而在SSD 和磁盘之间自动形成理想的数据分布。基于实际数据库系统的实验结果表明,该算法可适应各种SSD 空间配置,使基于混合存储的OLTP 数据性能得到有效提升。
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计算机工程. 2015, 41(4): 60-64,76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.011针对股票市场的复杂网络建模问题,提出使用不同阶数下的标度曲线(多标度曲线),测度沪深300 指标股之间的加权多重分形特征相似性,并据此构造网络,研究网络的拓扑性质。在此基础上采用快速Newman, Girvan-Newman,Louvain 等经典算法挖掘网络社区结构,利用最大模块度确定最优相似性门限值,通过投资组合MV 模型验证方法的有效性。实验结果表明,多标度曲线网络具有无标度、小世界和富人俱乐部性质,使用不同算 法挖掘其社区结构可得到最优的划分效果。基于该网络社区结构构造的投资组合可有效降低风险。
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计算机工程. 2015, 41(4): 65-69,80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.012现有微博好友推荐算法使用的用户信息比较单一,不能充分利用微博用户信息来刻画用户特征,导致推荐效果不理想。为解决该问题,在综合分析用户标签信息、内容信息、交互信息以及社交拓扑信息的基础上,通过计算主题相关度、兴趣相关度、用户亲密度进行特征挖掘,并采用K 最近邻分类算法为目标用户进行微博好友推荐。在新浪微博真实用户数据集上的实验结果表明,该算法的准确率、召回率、F1 度量值分别为16. 5% ,26. 8% ,19. 2% ,推荐效果优于基于内容的推荐算法和基于社会过滤的推荐算法。
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计算机工程. 2015, 41(4): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.013为满足新一代互联网上各业务的服务质量(QoS)要求,设计一种多约束剪枝QoS 路由算法PF-MCP,采用 剪枝算法思想,综合考虑带宽、时延和抖动多重QoS 约束,引入惩罚因子进行综合评价找出多条有效路径并从中选 取最优路径。采用固定和随机网络层拓扑进行仿真实验,结果表明,与合成优先权值路由算法相比,PF-MCP 算法 在QoS 满意度、服务节点计算能力及时间复杂度方面性能较优,具有路由运算量小、网络恢复能力强及选取的最优 路径可信性高的特点,并且在覆盖网QoS 路由方面适用范围广。
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计算机工程. 2015, 41(4): 77-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.014协作频谱感知能在一定程度上消除多径和阴影的影响,然而现有协作频谱感知方案均假设各认知用户处于静止状态,未考虑认知用户在协作感知期间的移动对检测性能的影响。针对上述问题,在集中式频谱检测方法的基础上,提出一种认知用户移动状态下的协作检测模型,使主用户处于静止状态,认知用户以一定速度作匀速直线运动。仿真及分析结果表明,随着移动认知用户速度的增大,运用线性融合规则的移动认知用户与静止认知用户协作检测性能均逐渐降低,因此需选择移动速度较小的认知用户作为协作对象以提高频谱感知的整体检测性能。
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计算机工程. 2015, 41(4): 81-86,91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.015现有的社交网络快速划分社区算法存在质量低、不能充分利用节点链接信息的问题,而效果较好的划分算法也存在时间复杂度高、无法应用于大规模社交网络的问题。为此,提出一种基于MapReduce 的社区发现算法。利用PGP 算法内信任者推荐模型迭代计算用户之间的信任强度,通过社区传播的方式聚合节点。在经典数据集上和大规模新浪微博数据集上进行实验,结果表明,该算法能有效度量用户间的信任度,得到准确的社区发现结果。
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计算机工程. 2015, 41(4): 87-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.016针对室内GPS 定位无法准确获取位置信息的问题,在Android 平台上设计利用WiFi 信号强度特征进行定位的系统。该系统由安卓客户端、Tomcat 服务器以及MySQL 数据库组成,在一般位置指纹定位算法的基础上,通过MAC 地址对无线接入点(AP)进行过滤,选取固定的参考AP 获取位置指纹信息,并结合改进的K 最近邻匹配算法,进一步减小定位误差。实验结果表明,该系统定位速度快、定位精度高,具有较好的室内定位效果。
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计算机工程. 2015, 41(4): 92-95,101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.017为提高空时编码传输效率,提出一种在X 信道中为每个用户配置2 根天线的改进空时编码传输方案。每个用户采用全速率全分集空时分组码,将每个码字的部分元素旋转适当的角度,并且对每个码字进行两层预编码。通过一层预编码使得每个接收端的非期望接收码字对齐,在每个码字中引入零向量以及接收端的线性运算,消除每个接收端的非期望接收码字。通过另一层预编码使得每个接收端的期望接收码字正交传输,从而 消除多用户干扰。仿真结果显示,与相同场景中已有空时编码传输方案相比,该方案能有效提高传输效率,且可靠性较优。
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计算机工程. 2015, 41(4): 96-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.018具有复杂网络特性的系统广泛存在于自然界与人类社会中,考虑到该类系统的信息在传输过程中存在的时滞现象,研究具有时滞的复杂网络系统保性能控制问题。对该系统设计动态反馈控制器,构造保性能函数,利用Lyapunov-krasovskii 稳定性理论,结合矩阵不等式的凸优化问题处理方法,得出具有时滞性复杂网络系统保性能控制器存在的充分条件,同时给出求解最小上限的二次保性能函数的方法。设计的动态反馈控制器不仅能使系统渐近稳定,而且同时可使系统的性能指标满足一定的要求,而对已给定保性能上界的系统,控制器参数可在满足定理条件下计算得到。最后给出数值仿真示例证明其有效性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 102-106,111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.019针对正交频分复用(OFDM)系统中模拟前端的非理想因素(包括载波频偏和I / Q 失配等)对系统性能的 影响,提出一种在频域对非理想因素进行载波频偏估计的方案。根据ECMA-368 标准建立信号模型,在频域对3 个 连续前导符进行处理,并采用余弦函数算法与正切函数算法对载波频偏进行估计。仿真结果证明,与传统载波频偏估 计方案相比,当噪声干扰或I / Q 失配程度较大时,该方案仍具有较高的估计精度,增强了OFDM 系统的鲁棒性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 107-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.020在数据中心网络中,当多个服务器同时向一个接收端发送数据时,产生的数据流量易在瓶颈交换机的缓冲区溢出,造成丢包事件以及数据重传,导致TCP Incast 问题。为此,提出一种可快速反馈的数据中心网络传输控制协议(FFDTCP)。该协议在TCP 协议的基础上采用显式拥塞通知机制,利用2 个显式拥塞通知位通告4 种拥塞级别,发送端根据拥塞信息所表示的拥塞级别快速调整拥塞窗口以减少拥塞,从而避免因瓶颈链路丢包而造成的吞吐量急剧下降问题。NS2 仿真实验结果表明,与传统TCP 协议相比,FFDTCP 协议可以保证较低的时延和较大的吞吐量,有效缓解TCP Incast 问题,提高数据中心网络传输性能。
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计算机工程. 2015, 41(4): 112-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.021经验模态分解被广泛用于复杂的非线性及非平稳信号处理,但其分解过程中存在端点效应问题,并且端点效应会随着筛选的进行而更加明显,从而导致数据处理发生畸变。镜像延拓法和窗函数法均是抑制端点效应的有效方法,但也各自存在不足。为此,提出将镜像延拓和余弦窗函数结合的改进方法,以弥补镜像延拓法中原始信号端点不是极值点和窗函数法中需要改变原信号的不足,实现对端点效应抑制方法的改进。仿真实验结果表明,与传统方法相比,改进方法能更好地抑制端点效应的发生。
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计算机工程. 2015, 41(4): 117-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.022多路径传输控制协议(MPTCP)与并发多路径传输控制协议(CMT-SCTP)是下一代互联网多路径并发传输的2 种热点技术,但传统拥塞控制算法只适合于单路径传输,应用于多路径传输时会面临公平性的问题。为此,研究传统TCP 拥塞控制算法,针对多路径并发传输的不公平性问题,基于资源池思想,引入慢启动阈值比因子、增长因子和抢占因子,给出3 种新的拥塞控制算法,并通过仿真进行对比分析。
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计算机工程. 2015, 41(4): 125-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.023随着纳米技术的不断发展与新型纳米材料石墨烯研究的不断深入,作为纳米网络通信技术的太赫兹通信成为无线通信的研究热点,然而现阶段对太赫兹通信中多输入多输出(MIMO)机制的研究较少。为此,采用离散化的数学方法,以接收端获取信道信息的遍历容量模型为基础,结合太赫兹信道的分子吸收噪声与传输路径损失,提出一种适用于太赫兹通信的MIMO 信道模型。对建立的MIMO 信道模型进行仿真与分析,结果表明,与单一太 赫兹信道相比,太赫兹通信中的MIMO 信道具有更高的信道容量与传输比特率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 129-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.024基于攻击图的主动网络安全测评是网络安全的战略研究方向,但目前多数网络攻击模型都是从攻击一方的角度进行分析,忽略了整个攻防过程中连接关系及知识体系的粗糙性。为此,结合攻击粗糙图和动态博弈理论提出粗糙网络安全分析模型RNSAM。以粗糙部件访问关联图为基础,刻画某一时刻网络拓扑结构状态下网络部件主体之间的粗糙访问关系,通过对攻击策略集和防御策略集在知识域空间上的粗糙刻画来反映攻防过程中的动态决策机制,同时给出攻击策略选取算法,指出在当前网络连接状态和攻防双方知识水平下的最优防御策略。实例分析结果表明,RNSAM 能够完整模拟网络攻击过程,使网络管理员以最小的代价采取相关防御措施。
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计算机工程. 2015, 41(4): 135-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.025针对移动自组织网络路由的可靠运行和安全保障问题,提出一种基于Dempster-Shafer 证据理论的节点信任评估模型。利用历史交互信息计算直接信任度,通过邻居节点的推荐度量值获取间接信任度。对直接和间接信任度进行权重修正后根据Dempster 组合规则合成,得到节点全局信任度。利用该模型对优化链络状态路由协议的多点中继技术进行优化,设计改进的路由协议TOLSR。仿真结果表明,TOLSR 协议能发现和抑制网络的自私节点和恶意节点,有效提高移动自组织网络的可靠性,证明了该信任度评估模型的有效性和合理性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 140-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.026使用数据分配策略(DAS)能有效检测数据泄露。鉴于此,分别介绍基于第1 代和第2 代DAS 的检测方法。利用过失模型在解决数据泄漏检测问题上的优势,研究基于过失代理模型的数据分配算法,对其中的明确数据请求分配算法、随机假对象分配算法和优化Agent 选择算法进行优化,并对代理模型进行实验仿真,结果表明,优化算法在添加伪数据后能明显提高对过失代理的检测率。此外,还给出针对过失模型的研究方向。
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计算机工程. 2015, 41(4): 145-150,155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.027无人值守无线传感器网络(UWSN)通常部署在环境恶劣或敌对环境中,在静态汇聚节点(或基站)部署困难的情况下,感知节点无法完成感知信息的实时汇聚传输,需暂时维持感知数据的生存状态。为增强数据生存概率,提高感知数据的抗损坏、擦除和篡改能力,在建立攻击模型假设的基础上,针对失效节点攻击假设,提出一种基于中国剩余定理加密秘钥分割机制的可靠数据生存恢复方案。利用门限秘钥分割存储机制增强密钥分割存储安 全性,确保数据加密分割生存的可靠性,针对恶意节点攻击所造成的不可靠数据恢复威胁,构建基于恢复不一致性的恶意恢复攻击检测方案及基于多数表决的恶意恢复攻击识别机制,确保数据恢复的安全、可靠。
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计算机工程. 2015, 41(4): 151-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.028现有支持属性间接撤销的CP-ABE 方案存在撤销代价与安全性难以兼顾的问题,为此,借鉴属性间接撤销思想和双系统加密技术,提出一个适应性安全且支持属性撤销的CP-ABE 方案,并基于3 素数子群判定问题证明该方案的安全性。分析结果表明,与经典ABE 属性撤销方案相比,该方案的效率较高,访问策略表达更为灵活。
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计算机工程. 2015, 41(4): 156-160,165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.029复杂信息系统(CIS)在系统风险管理和风险评估上因其结构复杂性而存在较大难度。为此,基于Zachman框架,提出一种CIS 风险评估框架,并在GB / T 20984-2007 信息安全技术-信息安全风险评估规范基础上,建立CIS的风险评估流程。依据风险管理层次与安全域划分原则对CIS 进行架构分解,研究安全域内和域间的评估方法。在传统风险要素的基础上增加CIS 互联关系的风险要素。引入互信息表征互联关系的关联度,利用层次分析法对风险权重进行评估。结合实例对CIS 风险评估流程进行验证,结果表明,该流程可对CIS 风险做出客观准确的评估。
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计算机工程. 2015, 41(4): 161-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.030非参数信息理论聚类(NIC)算法通过计算数据点与簇间的互信息来实现聚类,利用无参估计法计算集群平均熵,从而降低人为参与的成本,但该算法假定待分析样本的所有特征对分类具有相同的贡献,与目前已有的研结果相悖。为此,提出一种特征加权的R-NIC 算法,该算法考虑各维特征对模式分类的不同影响,使用ReliefF对特征进行加权变换,抑制冗余特征,加强有效特征,利用NIC 算法在变换后的特征空间中进行聚类以提高聚类效 果。在UCI 数据集上的实验结果表明,该算法具有较高的聚类性能,聚类效果优于NIC 算法。
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计算机工程. 2015, 41(4): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.031为提高汉维句子对齐方法的准确率,提出一种分段句子对齐方法。采用词汇信息和长度信息相结合的策略,识别出能作为锚点的一对句子(锚点句对),并将其作为分割标志对全文进行分段,在各片段内使用基于长度的方法实现全部句子的对齐,采用词汇、数字、标点符号和长度信息提高方法的领域移植性,使用分段方法避免复杂的计算过程,从而解决错误蔓延问题。实验结果表明,该方法的准确率达到95. 2% ,比基于长度的句子对齐方法提高了2. 7% 。
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计算机工程. 2015, 41(4): 171-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.032为研究情感词对情感倾向分析的作用,提高微博情感分析性能,提出一种情感词图模型的方法,利用PageRank 算法计算出情感词的褒贬权值,将其作为条件随机场模型的特征,预测具体语言环境下的情感词倾向。结合具体语境下的情感词倾向,利用支持向量机模型进行微博语料的主客观分类和情感倾向分类。实验结果表明,图模型构造的情感词典增加了具体语境下情感词倾向预测的准确性,具体语境下的情感词倾向预测对主客观 分类和情感倾向分类有明显的改善。
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计算机工程. 2015, 41(4): 176-180,186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.033针对基于单目视觉的公交乘客人数统计判定方法不稳定、计数结果不准确的现状,结合公交车门附近乘客运动行为的复杂性和多样性,以及乘客运动行为对计数判定方法的干扰,给出一种基于乘客多运动行为分析的计数判定方法。采用轨迹聚类的方式对乘客运动行为进行分析,结合轨迹的空间特征和方向特征计算轨迹距离,并使用层次聚类方法进行聚类。分析聚类结果中每一类别所对应乘客类的运动行为,讨论各乘客类的运动行为对常用计数判定准则的影响,由此提出一种改进的公交车客流计数判定方法。利用采集的乘客上下公交车视频图像进行实验,结果表明,该方法能获得较高的统计精度和较好的稳定性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 181-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.201504034奇异值分解(SVD)在信号分析时需限定主特征值的数量,影响了故障识别的准确性。为此,提出一种新的故障诊断方法。利用奇异值曲率谱自适应选择有效的奇异值进行信号重构,对重构信号实现二次SVD 处理,产生相同数量的正交分量,然后求解各正交分量的能量矩,构造特征向量,并采用变量预测模型的分类识别方法分析特征向量,从而建立故障识别模型。将该方法应用于实际轴承的故障诊断,实验结果表明,轴承在正常和故障状态下,该方法的综合识别精度达到97. 5% ,高于常规基于SVD 和支持向量机的方法8. 75% 。
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计算机工程. 2015, 41(4): 187-189,194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.035为提高维吾尔文网络内容查询的扩展性能,提出一种将维语同义词和互联网资源相结合的扩展词构建算 法。利用维吾尔语同义词词典、近义词词典和反义词词典等建立基本候选词库,将互联网作为超大规模语料库,以 搜索引擎为工具,使用改进的点互信息对基本扩展词进行相似度评价,选取前N 个词形成候选扩展词库1,对包含 关键词的互联网语料,基于局部共现和点互信息分析,构建候选扩展词库2,对上述2 种候选扩展词库加权求和,按 顺序选择部分词为扩展词。通过搜索引擎实现扩展查询验证,结果表明,与常规查询和同义词查询扩展算法相比,该算法能明显提高查询的准确率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 190-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.036针对运动检测算法中目标空洞和环境噪声难以消除等问题,提出一种背景建模算法。将待处理图像通过三层高斯模糊滤镜,分层抽取图像信息,通过分层建立分裂高斯混合模型,进行建模并计算运动区域。将上层提取的低频信息以及建模后提取的粗块化运动目标,加入到下层的背景判定计算流程中,根据综合判定结果纠正下层错误的模型参数。在公共数据库中的实验结果表明,该算法在高效地去除了环境噪声的情况下,可保证所提取运动目标的准确性,并且对光照突变不敏感,有较好的检测率和较低的误检率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 195-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.037针对复杂环境下非刚体目标轮廓跟踪存在跟踪失败的问题,提出一种基于在线学习的Snake 模型及其轮 廓跟踪算法。利用跟踪-学习-检测(TLD)机制实现目标快速跟踪,通过跟踪结果在线更新Snake 模型约束,进而提 高目标轮廓跟踪的准确性。初始化阶段,在GrabCut 算法的基础上,将待跟踪目标分成若干个子块,并在后续跟踪 过程中,利用TLD 实现各子目标的定位跟踪,形成目标的轮廓置信图。同时针对各子目标提取特征,产生正负样 本,更新各子目标跟踪模型。应用置信图建立参数化Snake 模型的约束条件,进而得到目标轮廓。实验结果表明,该算法能适应光暗变化与较为复杂坏境下的跟踪,并获得精确的轮廓。
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计算机工程. 2015, 41(4): 199-204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.038基于人体部件的树形模型表达直观且计算高效,被广泛应用在人体姿态估计中。然而模型本身在部件特征表达上的不足限制了姿态估计结果的准确度,为此,提出一种基于图结构模型和新型纹理特征的人体姿态估计算法。采用改进后的外观模型,从训练集中获得部件位置的先验知识,联系相邻部件之间的关系,并将其应用于测试图像的外观模型建模阶段。应用Haar 型局部二值模式(HLBP)纹理特征,提取部件的纹理信息,对图像进行分 块处理,并为每一块赋予不同的权重。实验结果表明,带权重的HLBP 特征能更有效地提取部件的纹理特征,与HLBP 特征、归一化HLBP 特征和颜色特征相比能获得更高的准确度。
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计算机工程. 2015, 41(4): 205-209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.039针对简单线性迭代聚类(SLIC)方法边界分割不精确的问题,提出一种改进的SLIC 方法。为降低纹理、噪声等信息对图像边界定位的影响,利用非线性扩散滤波器对图像进行滤波处理,在保持边缘信息的同时滤除噪声、平滑图像,并在第一次迭代后运用Sigma 滤波器的特性增加聚类的限定条件,从而改进SLIC 超像素聚类效果,提高迭代过程中聚类中心的准确度,减少误分割的现象,并使用像素的亮度距离合并孤立点。仿真结果表明,该方法在分割图像细节方面表现较好,与传统SLIC 算法相比,在未增加时间复杂度的同时,能提高边界命中率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 210-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.040在纹理分类应用背景下,原始韦伯局部描述符(WLD)对纹理模式区分能力有限。针对该问题,提出一种基于正负梯度改进的WLD(WLD-PNG)。利用局部窗内像素点间灰度变化的正负梯度构建纹理特征描述符,通过分离计算正负梯度的差分激励算子,保留灰度等级变化的正负性信息,以增强纹理模式的可区分性,运用均匀局部二值模式(uLBP)提取灰度等级变化的空间分布结构信息,并提高纹理模式的识别能力,使用均匀量化和编码技术 将差分激励算子与uLBP 结合,从而描述图像的纹理特征。在Brodatz 和KTH-TIPS2-a 纹理库上进行对比实验,结果表明,与原WLD,uLBP,WLD + uLBP 及已有改进的WLD 等方法相比,WLD-PNG 在提高纹理分类性能的同时,具有较好的稳健性和较低的计算复杂度。
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计算机工程. 2015, 41(4): 217-221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.041将已有改进的Harris 角点检测方法应用于图像拼接时,在单一尺度下检测角点会存在角点信息丢失、角点位置不准确和对噪声敏感致使检测率不高等缺点。为此,结合双边滤波和多尺度检测,提出一种Harris 角点检测改进方法。采用双边滤波器代替原有的高斯低通滤波器,以增强方法的鲁棒性,引入近邻传播聚类方法将图像分块,避免因阈值问题造成角点分布不均,并将多尺度概念引入到改进方法中,判断候选角点是否为真实角点,剔除伪角点,使得角点检测更加精确。在VS2010 + OpenCV 平台上进行实验,结果表明,与基于图像分块的多尺度Harris 角点检测方法相比,该方法在去伪角点、漏检、准确度等方面取得了更好的效果,且具有更好的抗噪性。
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计算机工程. 2015, 41(4): 222-227,231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.042现有虚拟人群运动仿真方法形成的大规模人群动画效率及形成的人群动画效果仿真程度低。针对上述问 题,提出一种将故事板的概念和纹理合成算法相结合的方法,以此形成大规模人群动画。提取视频初始帧中的人群位 置、站位方向、状态和动作信息以及后续帧序列中的人物路径信息,存储于样本故事板。采用基于块的纹理合成方法,利用样本故事板生成大规模故事板,以扩充人群规模。使用大规模故事板中的人群信息数据,结合简单的碰撞检测算法,驱动形成最终的虚拟人群动画。实验结果证明,该方法能够高效地生成效果逼真的大规模虚拟人群动画。
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计算机工程. 2015, 41(4): 228-231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.043微分坐标是刻画网格模型几何细节特征的有力工具,面法向量作为网格模型的一阶微分量,计算简单、不易受噪声影响,能真实反映网格模型的细节特征。基于此,提出一种改进的网格光顺去噪算法,使用信号处理技术中的谱网格处理方法,通过分解面法向量的拉普拉斯矩阵,将网格模型的面法向量变换到频谱域中,利用低频滤波器去除高频噪声得到连续的面法向量信号,基于三角面片重心约束条件重建网格顶点坐标,得到光顺的网格模型。实验结果表明,该算法使用的面法向量不易受到噪声影响,比顶点法向量更鲁棒,大幅提高了谱分解的效率,并且能克服光顺过程中产生的体积收缩、变形和过光滑等现象。
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计算机工程. 2015, 41(4): 232-235,240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.044局部Gist 方法提取的特征维数过高、计算复杂,单一的Gist 特征不能很好地描述全局场景。为此,提出一种将改进的局部Gist 特征与梯度方向直方图特征进行组合的场景描述方法。采用支持向量机作为分类器,在WS场景库中考察单一特征和组合特征的分类精度,在OT 场景库下研究不同数量训练样本对于分类精度的影响。实验结果表明,与全局Gist、局部Gist 等方法相比,该方法能降低计算的复杂度,且提高分类正确率。
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计算机工程. 2015, 41(4): 236-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.045针对图像分割中的灰度不均匀和轮廓初始化问题,提出一种基于区域的活动轮廓模型。将图像的全局信息和局部信息作为能量项驱动活动轮廓向目标边缘演化,以有效分割灰度不均匀图像,为保证图像分割的速度和精度,在能量方程中加入长度项和惩罚项,并采用梯度下降法得到该模型的最小化能量方程。实验结果表明,和局部二值拟合模型、局部图像拟合模型相比,该模型能分割灰度不均匀的图像,对初始轮廓曲线大小和位置更不敏感,且分割图像所需的迭代次数、迭代时间更少。
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计算机工程. 2015, 41(4): 241-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.046针对立体视频数据量大容易在传输过程中导致网络拥塞的问题,提出一种端到端的拥塞控制传输机制。在NS-2 平台上,根据RTP / RTCP 在反馈间隔内对丢包个数的反馈信息以及各帧重要性不同的特点,采用在发送端主动丢包的方法优先丢弃不重要的数据,保证较重要的数据信息优先传输。实验结果表明,该机制能有效保护重要帧,增加可解码帧数,增强视频平滑度,与不采用保护拥塞控制相比,可解码帧数均能提高25% 以上。
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计算机工程. 2015, 41(4): 246-252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.047针对单镜头视频时域篡改问题,提出一个以内容相似性为基础的视频篡改被动盲检测算法。通过高斯金字塔变换获得视频帧的3 种尺度视觉内容,根据信息论定义相邻两帧的归一化平均互信息,采用线性组合构建多尺度归一化互信息描述子,实现相邻两帧多尺度视觉内容相似性的度量。利用局部离群点检测算法计算视觉内容相似性异常度,使用阈值法检测视频篡改位置。实验结果表明,该算法不仅能有效地检测出视频帧删除、复制以及插入3 种篡改的位置,而且适用于不同编码格式视频间和同源的篡改。在检准度和检全率上优于现有的时域篡改检测算法。
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计算机工程. 2015, 41(4): 253-256,262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.048为解决监控视频分辨率不足的问题,在视频流体模型的基础上,提出一种图像超分辨率重建方法。视频流体模型记录了视频对象的整体区域,及区域内各像素的时域对应关系,利用流体区域在不同时刻的像素值进行滤波和拼接,达到去噪、扩展分辨率的目的,基于等色线构建视频流体模型,使用视频流体模型实现去噪,以起始帧作为参考图像,并依次在各帧中选择补入流纹,根据补入流纹的相邻流纹计算补入流纹在初始帧的位置,如果所得位置非整数,对参考图像插值拉伸,采用补入流纹中的值代替相关坐标的像素值。实验结果表明,将添加噪声的CIF 格式视频重建到2CIF 格式,该方法的重建结果比最大后验估计与投影方法、梯度投影等方法的峰值信噪比提高1 dB ~4 dB。
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计算机工程. 2015, 41(4): 257-262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.049最新视频编码标准高效视频编码(HEVC)将8 抽头内插值滤波器应用于分数像素运动估计中。相比H. 264/ AVC标准中使用的6 抽头内插值滤波器,虽然提高了精确度,但增大了超大规模集成电路(VLSI)实现的面积。为此,设计一个内插值滤波器VLSI 架构。为便于VLSI 实现,提出一种快速内插值滤波算法,并在此基础上,构造可重构配置和单元块复用的内插值滤波器VLSI 架构,以降低硬件的实现面积。实验结果表明,与未优化的 VLSI 架构相比,该架构能降低实现面积和提高工作频率,节省大量的存储RAM,可支持4∶ 2∶ 0 格式的3 840 ×2 160视频序列的实时处理。
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计算机工程. 2015, 41(4): 263-266,272. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.050视频超分辨率重建的一个必要步骤是视频运动估计,相对其他图像匹配算法,基于特征点的视频匹配算法具有更高的鲁棒性,但精确度受特征点的定位、选取和匹配误差的影响较大。为此,提出将粒子滤波应用到视频超分辨率的运动估计问题中,用粒子滤波算法来修正匹配误差,并针对粒子滤波中的粒子匮乏问题改进基本粒子滤波算法。实验结果表明,该算法比其他经典滤波算法估计精度有了较大提高,且在超分辨率重建中能更精确地进行运动估计,匹配精度和稳定性能都有所改善。
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计算机工程. 2015, 41(4): 267-272. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.051针对尾矿库事故具有随机波动性和非线性的特点,提出采用修正型果蝇优化算法优化广义回归神经网络的尾矿库安全评价模型(MFOA-GRNN)。该方法利用修正型果蝇优化算法的全局寻优特性对广义回归神经网络进行参数优化,同时应用去相关性分析选取尾矿库安全评价指标,实现尾矿库的安全预测。以辽宁本溪南芬尾矿库为研究实例进行拟合预测,实验结果表明,将MFOA 方法与GRNN 网络有机结合,有利于平滑因子σ 的选择,相 较于FOA-GRNN 模型70% 的预测准确度,采用修正型果蝇算法优化的GRNN 模型预测准确度高达100% ,预测精度更高,适用性更强。
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计算机工程. 2015, 41(4): 273-276,283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.052针对动态电压/ 频率调整系统芯片中时钟同步问题,设计一个具有宽工作频率范围和固定锁定周期的快速锁定全数字逐次逼近延时锁定环,采用改进的可复位数字控制延时线方法,在减小面积和提高最高工作频率的同时,有效地解决传统全数字逐次逼近延时锁定环的谐波锁定和零延时陷阱问题。整个延时锁定环采用TSMC-65 nm CMOS 工艺标准单元库实现,仿真结果表明,在典型工艺角和25 ℃ 情况下,工作频率范围为250 MHz ~ 2 GHz,锁定时间为固定的18 个输入时钟周期,当电源电压为1. 2 V、输入时钟频率为2 GHz 时,功耗为0. 4 mW。
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计算机工程. 2015, 41(4): 277-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.053针对惯导系统在载机静止状态下无法提供动态参数的问题,对惯导子系统进行数字仿真。在航电系统仿真中,采用1553B 总线与总线控制器和其他航电、非航电设备交联,通过以太网接收外部激励数据,采用多线程技术实现主备2 个惯导并发运行,设计一种惯导逻辑仿真系统。阐述系统硬件结构和软件设计,建立惯导姿态仿真模型和位置仿真模型,实现惯导各种逻辑子过程。在某型飞机航电仿真系统中的联调证明,该仿真器能够准确接收外部激励源飞行信息、故障状态,经过结算后周期性地向总线控制器输出飞机位置数据、姿态数据等动态参数,执行某型飞机航电设计文档中相关惯导逻辑,并向总线控制器反馈惯导子系统状态。
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计算机工程. 2015, 41(4): 284-287,293. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.054通常对组合测试研究的重点是生成最小的测试用例集,但其中却很少涉及到带权值的参数。针对带权值 参数的两两组合测试用例生成问题,提出一种基于逐参数(IPO)策略的带权值参数两两组合测试用例生成算法。对影响IPO 策略性能的3 个影响因子进行改进,包括待扩展参数的扩展次序、已有测试集的扩展次序和待扩展参 数的取值选择。在扩展完所有参数后,对此时的测试集使用约简算法进一步简化,得到按测试用例权值和降序排 列的测试集。实验结果表明,该算法不仅能减少测试用例的生成数量,而且能解决参数的权值问题,使其在实际应 用中可以更有效地降低测试成本。
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计算机工程. 2015, 41(4): 288-293. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.055基于计算机的分子动力学仿真具有理论分析方法和实验方法无法比拟的优点,但分子动力学仿真算法计算量非常大,特别是在对碳纳米管的大规模粒子数进行仿真处理时,普通的基于CPU 的串行算法执行效率低且耗时多。为此,提出基于统一计算设备架构的碳纳米管分子动力学的图形处理单元(GPU)并行算法,设计并实现仿真算法中适合GPU 并行运算的分裂算法,将具有竞争资源的运算以非竞争方式运行。实验结果表明,与CPU 串行 仿真算法相比,分裂算法的运算速度较快,且在只有16 个GPU 流处理器显卡上可获得十多倍的加速比。
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计算机工程. 2015, 41(4): 294-299. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.056超声检查系统所呈图像中缺乏三维结构信息,且商业的医学图像分析软件价格昂贵。为此,开发一款 综合病灶部位的三维模型和二维超声图像各自特征以及对应空间关系的检查系统。基于开源的医学图像处理软件、商用的电磁定位系统和超声成像系统,在局域网环境下,遵循OpenIGTLink 协议进行数据共享的超声检查系统。该系统主要由超声图像信息共享模块、超声图像显示模块、超声探头实时跟踪模块、2D / 3D 配准融合 模块组成。实验结果表明,该系统可初步应用于临床教学和临床辅助诊断等领域,具有价格低廉、扩展性强、维护方便等优势。
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计算机工程. 2015, 41(4): 300-305. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.057为提高通信质量,针对功率放大器的记忆效应和动态非线性特征,提出一种新型的三箱PLTC(parallel-LUT-TMP-CIMT)模型。该模型由查找表、三角记忆多项式和记忆时刻信号交叉项并联构成。PLTC 模型用于功率放大器的行为模型建模以及数字预失真的应用,使用16QAM 信号驱动一个强非线性Doherty 功放来验证模型的性能,把PLTC 模型应用在预失真中,经过PLTC 预失真后,邻信道功率比减少大约22 dB。将PLTC 模型与多项式MP 模型、一般多项式GMP 模型和LMEC 模型这3 种模型进行精度与计算系数复杂度的比较,结果表明,PLTC 模型能够达到较好的精度,同时可以大幅降低计算系数。
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计算机工程. 2015, 41(4): 306-310. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.058对传统矢量场直方图算法进行改进,使其成为一种适用于将激光雷达作为探测仪的室外避障规划算法。将激光雷达数据作为依据,以自适应阈值为条件,通过对目标航向进行规划,获得机器人行进方向的实时避障算法。当机器人与目标点之间存在障碍物时,以最大阈值获得机器人的目标航向,而当机器人与目标点之间无障碍物时,以最小阈值确保机器人行进过程不会与障碍物发生碰撞。仿真结果表明,在复杂障碍物环境中,当机器人行 进速度低于0. 8 m / s 时,可安全而平滑地通过障碍区,到达目标点;当机器人的行进速度高于0. 8 m / s 时,虽速度过快,机器人与平台之间会有轻微的剐蹭,但最终亦能到达目标点。
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计算机工程. 2015, 41(4): 311-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.059微处理器中完成一条有符号除法指令需要6 个~38 个周期。跳过符号处理直接用补码参与运算,可以节省符号处理的3 个周期,从而提高除法器性能。为此,提出补码不恢复除法,将其运用于整数除法并给出算法证明,研究商的修正问题并给出解决方案。实验结果表明,该除法器在TSMC 130 nm 工艺下的面积为12 687 μm2,完成一条有32 位符号整数除法只需要2 个~34 个周期,相当于仅以多16% 面积的硬件代价提升35% 的有符号除法性能。
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计算机工程. 2015, 41(4): 316-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.04.060片上网络映射算法对系统的功耗、可靠性等性能有重大影响。引入新的抗体初始化算子和抗体变异算子,提出一种多目标映射免疫算法,以降低系统功耗,提高系统可靠性,避免产生额外的资源开销。算法中新的抗体初始化算子利用贪心算法产生初始抗体,新的抗体变异算子通过交换IP 核位置减小通信距离,对解进行优化,从而降低由变异随机性产生的退化风险。根据网络的动态特性,提出一种新的功耗模型,使得功耗计算更准确。仿真结果表明,该算法能够有效降低功耗,提高可靠性。
2024
第50卷 第4期
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(1975年创刊 月刊)
主管：中国电子科技集团公司
主办：华东计算技术研究所
上海市计算机学会
主编：江波
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（稿件问题请直接联系栏目编辑） E-mail: ecice06@ecict.com.cn
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